超限高层设计成本优化探索思优科技

超高层构造设计本钱优化探求主讲人：思优刘立志目录WHY——超限高层设计成本控制意义HOW——如何进行超限高层成本控制CASE——超限高层成本控制案例

利润下降，本钱控制需求添加本钱控制是企业的生命线。建安本钱是工程开发过程中本钱控制的重点；在其他本钱根本固定的前提下，这一小部分对利润的影响是决议性的。Why—设计优化。全过程设计本钱敏感度分析设计质量的好差直接影响建立费用的多少和建立工期的长短，直接决议人力、物力和财力投入的多少。合文科学的设计优化，可降低工程造价15%以上。建立工期建立费用其他费用人力物力财力合理优化降低造价15%以上工程设计平安第一功能不减进度严控Why—本钱优化why—高层优化限额目的现状图超高层建筑用钢量统计〔图片摘自<超高层建筑构造体系方案优选>〔陈孝堂.2021〕〕why—超限高层优化钢构造未经优化用钢量钢构造最优用钢量平均用钢量钢筋混凝土构造最优用钢量混合构造最优用钢量思优科技结构成本限额设计指标（2014版）编号地区

具体参考指标

备注1地上南京、合肥类别35~41层(H≤120m)42~48层(H≤140m)48~51层(H≤150m)52~58层(H≤170m)

钢筋含量(kg/㎡）54626878

混凝土含量（m³/㎡）0.410.420.450.502上海、昆山钢筋含量(kg/㎡55637081

混凝土含量（m³/㎡）0.410.430.450.513深圳、珠海钢筋含量(kg/㎡）54586571

混凝土含量（m³/㎡）0.40.410.440.474厦门、泉州钢筋含量(kg/㎡）57596875

混凝土含量（m³/㎡）0.410.430.450.495西安（长安区）钢筋含量(kg/㎡）576572/

混凝土含量（m³/㎡）0.410.440.46/Why—超限高层优化Why—超限高层优化设计院部分超高层优化案例（自优）序列项目名称高度（m)分析软件优化重点优化成果1上海中心632Etabs、MIDAS/ABAQUS精细化分析、构造节点、长周期等规范理解约节省钢材12000吨2上海浦东海关大楼210Etabs/Ansys构造、截面尺寸优化节省钢材1520吨，约节省1500万3天津地铁大厦163SATWE/Etabs方案选型：型钢混凝土柱和钢管混凝土柱比较采用钢管混凝土柱节省钢材20%；节约混凝土30%；增加建筑使用面积4中融碧玉蓝天大厦228SATWE/Etabs方案选型：混合结构与全钢结构比较混合结构材料节省4108万；考虑进度因素，综合节省1200万5天津津塔336.9ABAQUS/Etabs/MIDAS核心钢板剪力墙体系(SPSW)施工顺序剪力墙增加费用约为600万元，但是施工周期缩短近六个月，利息一项可节约上千万元6大连丰盈大厦183.25SATWE/ETABS/

ANSYS

方案选型：混凝土筒中筒结构与混合结构体系

混合结构方案较混凝土结构造价多1844万元，但可节省929平米适用面积。7华润大冲商务中心

175.1

SATWE/MIDAS

上部框架核心筒结构外框方案选型，桩基选型

方案节省造价约800万元8宁夏亘元万豪大厦

216SATWE/Etabs基础方案：普通灌注桩与后注浆钻孔灌注浆比较

基础方案节省造价约30%why—超限高层优化方案独特超限高层通常具有方案独特性，类比经验少（受限于功能、灵活性、商业价值）。超限理解复杂、超限结构对设计的边界条件理解和应用原则有差异，较难准确把控，存在优化空间。措施加强针对不规则特性、复杂特性，需要有专门措施来加强，增加了设计难度和设计成本。业绩斐然专家判断及多方案论证业绩斐然，方案优化已成为设计院设计本身中的必选流程。成本需求成本及经济性甲方较为关注，超限咨询需求已得甲方及同行认同。意义：控制构造本钱，并不会导致构造的平安贮藏的降低，而是要取消掉其中的无效本钱。建安本钱无效本钱设计优化最小投入产出比专业化规范化精细化跨越化What—本钱优化How—超限高层优化符合中国现行设计、施工规范（规程）、材料和型钢规格标准及满足审图要求。满足超限评审专家审查要求，不降低超限文本中的性能目标。需要进行结构在罕遇地震下的弹塑性分析，验算结构的弹塑性变形满足规范规定。满足委托方要求的设计进度及时间节点。优化控制原那么和要求：影响因素结构体系建筑方案荷载性能设计舒适度外框剪力比施工方法…剪重比轴压比周期本钱的影响要素How—超限高层优化How—超限高层优化本钱的影响要素建筑方案宏观：另需有合理的抗震〔经过减震、轻质、高强资料〕；建筑抗风体型〔可结合风洞实验选择〕。细部：高宽比：合理7~9；最好不要超越10；中心筒高宽比：合理14~17；不要20。方案设计阶段，影响本钱的能够性为95-75%，在初步设计阶段，影响本钱的能够性为75-35%，在施工图设计阶段，影响本钱的能够性为35-5%。周期本钱的影响要素How—超限高层优化层间位移角、基底剪重比、外框承当地震程度力设计目的过严会呵斥周期不合理。1〕方案阶段，可以经过比较构造根本周期及构造周期上限的大小快速判别构造能否满足整体稳定的要求；2〕可根据预估的基于整体稳定的周期上限并结合建筑的体形、高度和高宽比可以有效对结构的刚度进展评价，从而为构造方案选型、构造体系布置存在设计根据。施工工期本钱的影响要素How—超限高层优化天津津塔为了防止SPSW在竖向荷载作用下发生屈曲，对部分钢板剪力墙钢板厚度进展了加厚并采用竖向加劲肋进展加强。钢板剪力墙及加劲肋方案仅比原设计方案添加用钢量500吨，添加费用约为600万元，却使得工程施工周期缩短近六个月，光利息一项就可以节约上千万元(MARKSARKISIAN&DASUIWANG,2021)，降低了工程的总投资费用，很好的满足业主工期要求。图文摘自汪大绥等著<超高层建筑构造经济性分析>建筑构造的施工工期，对建筑的整体效益产生较大的影响。施工工期受施工环境、地质条件、工程规模。构造体系、施工方法等多个方面的影响。顾名思义，施工工期对如今整体经济效益的影响主要表达在时间的把握上，建筑构造的施工工期所得，可以是建筑提早投入运用提早产生经济价值，所以如今建筑构造工期对于建筑整体经济构造的影响主要表达在利息的缩短和租金的收益上。单位面积材料总用量型钢混凝土框架-核心筒-环带桁架（楼面体系为钢梁+压型钢板组合楼板）型钢混凝土框架-核心筒（楼面体系为钢筋混凝土梁板）混凝土用量（m3/m2）钢材用量(kg/m2)钢筋用量（kg/m2）混凝土用量（m3/m2）钢材用量(kg/m2)钢筋用量（kg/m2）0.3310060.50.614895.2How—超限高层优化本钱的影响要素构造体系福建某高层，塔楼构造高度193m；办公、酒店；超B级高度。

注：本用钢量统计：〔1〕暂未统计中心筒内钢骨的用钢量；〔2〕本文用钢量以及混凝土用量的数据仅为实际计算值。在方案比较过程中，另综合思索有：构造延性、自重及根底经济性、面积运用率、楼层净高、施工周期、抗震性能、可继续开展绿色建筑等方面。结论：资料经济性，方案二较有优势，其他分项方案一较有优势。需详细工程综合分析。本钱的影响要素How—超限高层优化国内部分超高层建筑结构体系（含建设中）工程案例建筑高度结构体系苏州中南中心729巨型框架-核心筒深圳平安金融中心648巨型支撑框架-核心筒上海中心632巨型框架-核心筒天津117597巨型支撑框架-核心筒台北101508巨型框架-核心筒上海环球金融中心492巨型支撑框架-核心筒长沙国金中心452框架-核心筒南宁华润中心442钢管混凝土框架-核心筒广州西塔432支撑筒-核心筒海口塔428.3巨型框架-核心筒北京Z6405巨型柱-斜撑-核心筒南通中南中心400框架+核心筒+伸臂桁架深业上城388巨型柱-核心筒苏州绿地中心358框架+核心筒+伸臂桁架天津津塔336.9框架+核心筒+伸臂（腰）桁架佛山苏宁中心318巨型框架-核心筒构造体系1〕需注重提高抗侧体系效率的比较；〔构造布置支撑化、周变化、巨型化、伸臂桁架化〕2〕带加强层的构造体系可加强构造抗侧刚度，但会带来楼层承载力突变，施工难度加大，应慎重选择。尤其伸臂桁架其经济性差：其与环带桁架的加强层仅型钢用量可到达构造规范层的8倍以上。腰桁架的用钢量比伸臂桁架的用钢量小也相差可达一倍。本钱的影响要素How—超限高层优化楼板构造体系楼承板选型咨询意见：开口型压型钢板综合造价比闭口型压型钢板和钢筋桁架低8%左右；分量相比其他两种轻3%左右。从本钱控制、楼板自重、施工便利和工程运用广泛性等方面综合思索，建议办公楼层、酒店楼层优选开口型压型钢板。此外，由于设备层楼板性能要求较高、构造受力复杂、思索到钢筋桁架整体性较好，可双向受力，因此设备层可思索选用钢筋桁架楼板。

开口型压型钢板闭口型压型钢板钢筋桁架厂家型号多维DW76-688多维YX65-170-510多维TD4-90型楼承板单价79元/m298元/m2110元/m2运费6元/m26元/m212元/m2附加钢筋费用8kg/m2*4元/kg=32元/m28kg/m2*4元/kg=32元/m24kg/m2*4元/kg=16元/m2封口板、马凳等约10元/m2无无小计127元/m2136元/m2138元/m2楼板温馨度本钱的影响要素How—超限高层优化人行荷载：行走基频对结果影响大；行走方式种类多；人行荷载模型较多楼面阻尼：美国、英国、中国规范差别较大，0.15~0.3，分析结果对阻尼非常敏感。计算方法：我国手算公式参考美国规范，较为简化，有时与结果偏向较大。评价规范：美国规范、规范、国际通用规范，不同单位有不同认可。某工程采用我国规范的阻尼比可取消该次梁，节省钢材800t。How—超限高层优化1对影响项目结构成本的各种影响因素分析（风洞实验、地勘数据、层高、覆土、高宽比等）、论证。2详细了解和熟悉抗震评审报告及专家要求，对扩初计算模型进行重新分析，工程判定及专家意见细化。3与设计进行的初步设计工作进行比较，对其初步设计文件进行审核，审核的内容包括计算书和图面内容。4基础选型及技术分析论证。5上部结构布置的技术及经济合理性；弹塑性分析，验算结构的弹塑性变形。6就有分歧的问题与专家、审图公司沟通，并与设计院、专家、审图公司达成一致意见。7审查设计单位提供的设计计算条件、计算模型及中间设计图纸，并提出合理化建议并与设计院落实。8对施工图前期阶段的成果做过程汇报。施工图前期咨询流程及方案How—超限高层优化1编写《结构专业配筋原则》并落实。2审核设计单位提供的模型、标准层图纸及基础图纸，并提出详细咨询意见，申请三方会议对提出的合理化建议与设计单位沟通落实。3对标准层过程测算算量，在过程中控制工程质量和工程造价。4与设计单位同步审核设计单位提供的结构图纸，并提出详细咨询意见，申请三方会议对提出的合理化建议与设计单位沟通落实。5协助设计单位回复审图意见，并与审图公司沟通协调。6提交优化咨询报告及测算报告。施工图过程咨询流程及方案超限高层常用复核分析软件How—超限高层优化微观有限元分析软件ABAQUSADINAMARCANSYS宏观有限元分析软件PERFORM-3DOPENSEESMARCIDARC-2DEPDAETABSSAP2000sausage超限高层优化控制关键环节：How—超限高层优化结构体系的合理改进结构体系的合理选择、合理结构构成（如加强层道数和伸臂数量）、合理截面尺度（梁、板、柱、墙、钢板尺寸）等。输入参数的合理控制风、地震（安评、连梁折减系数、周期折减）、荷载等。控制指标的合理界限轴压比、周期、剪重比/内外筒剪力分担比。性能目标的合理确定结合具体项目合理确定性能目标；对结构的抗震性能设计进行深入的分析，并通过专家的评估论证。基础方案的合理比选地下室的侧向刚度、抗震、桩筏共同分析等软件结果的合理解读多个软件结果分析对比；比如非线性分析、舒适度分析、构件性能判断分析、温度影响分析等。施工图纸的精细把控构造抗震措施、梁板柱墙受力钢筋的精细化复核。咨询控制要点多方案比较，多层次沟通，确保方案最优精细化分析设计〔输入和输出〕，在满足平安和规范的条件下，确保效益最大化严控进度及优化节点，严厉按设计咨询流程，确保落地过程精细化的造价咨询支持C途径BADHow—超限高层优化超限高层优化需注重行业问题1〕有必要建立各地域典型超高层经济分析资料库或专家本钱数据系统：使设计初期的构造选型更具科学性；2〕减震和隔震〔如耗能阻尼器〕运用待加强：3〕新资料的研讨及运用：需建立在高新资料的根底上从设计层面或技术层面去处理锋利问题，如具有轻质、高强、防水、保温、隔热、隔音等优良功能的新型复合墙体和门窗资料。How—超限高层优化某设计院构造方案评价实例：实例—超限高层优化深圳某超限高层项目（299.3米，采用钢管混凝土柱-核心筒结构（属于超B级高度结构，ETABS/PERFORM-3D分析）上部结构造价(万元)施工周期（d）基础造价（万元）方案A30893.78414402方案B39076.91（含800万防火防腐成本）278340经济效益比较（与方案A比较）-8183.13+14400万元（租金按200元/平米.月）+62总经济效益（元）+6278.87万元另：由于竖向构建截面减小所添加的运用面积约1111m2，方案B存在隐性价值收入5555万元〔售价按5万元/m2〕。方案A构造的抗侧力体系为钢管混凝土叠合柱-混凝土中心筒构造，楼屋盖采用混凝土梁板构造。方案B构造的抗侧力体系为钢管混凝土柱-混凝土中心筒构造，楼屋盖采用钢梁+压型钢板混凝土组合楼板构造。构造本钱优化实例：南京某超限高层项目（175米，纯剪力墙结构）项目一期完成指标二期完成指标面积(万平)优化类型类别砼(m3/m2)钢筋(kg/m2)砼(m3/m2)钢筋(kg/m2)地上塔楼0.531100.48770.899.5过程优化经优化后，与甲方前期成本量差约为965万元。实例—超限高层优化构造本钱优化实例：福州苏宁广场（153.6米，框架-核心筒结构）项目限额指标二期完成指标面积(万平)优化类型类别砼(m3/m2)钢筋(kg/m2)砼(m3/m2)钢筋(kg/m2)地上塔楼0.481000.43489.4520.6过程优化经优化后，与甲方限额指标量差约为1100万元。实例—超限高层优化构造本钱咨询实例